某污水處理廠低負荷運行問題的分析與調控措施

方佩珍，徐旭東，徐正啟

（浙江建投環(huán)保工程有限公司，浙江杭州 310002）

1 項目概況

污水處理廠位于湖州市南部，采用傳統(tǒng)AAO工藝，建設規(guī)模為 0.5×104m3／d，實際運行水量為0.33×104m3／d，進水中工業(yè)污水和生活污水比例約1∶1。工業(yè)廢水的納管標準執(zhí)行《污水排入城市下水道水質標準》（CJ 3082—1999），污水廠出水標準執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A標準。

1.1 工藝流程

工藝流程如圖1所示。

1.2 工藝特點及參數

圖1 污水廠工藝流程圖Fig.1 Process Flow Chart of Wastewater Treatment Plant

由于園區(qū)工業(yè)污水類型多、成分復雜、處理難度大，因此本工藝在初沉池設計了PAC投加點，降低后續(xù)處理單元負荷，但由于水質水量未達到預期，從調試初期至今進水超越初沉池進入生化系統(tǒng)。設計總停留時間為49 h，總變化系數 Kz＝1.57，其中生化系統(tǒng)停留時間33.1 h。其中厭氧停留時間為 8.3 h，缺氧為 8.3 h，好氧為 16.5 h，設計污泥負荷為 0.07 kg BOD5／（kg MLSS·d）供氣設備采用羅茨風機，供氣量為3 200 m3／h，風量可調。

1.3 設計水量、水質負荷與實際值對比

本項目于2015年啟動調試，期間由于進水負荷偏低，給污水廠運營造成較大困難，統(tǒng)計2016年全年進水 CODCr平均值為 77.2 mg／L，BOD5平均值為32.4 mg／L。實際水質情況遠低于設計值，如表 1所示。

表1 設計與實際水量、水質對比Tab.1 Comparison of Water Quantity and Quality between Design and Practice

1.4 水量、水質負荷偏低的原因分析

為了迎合地區(qū)經濟的高速發(fā)展，經濟開發(fā)區(qū)內的污水處理廠，在建設規(guī)劃階段會考慮未來幾年區(qū)域內企業(yè)及人口的增長，因此污水處理廠設計水量會較實際值相應增加，已滿足未來3～5年的水量增長，導致污水廠投運初期水量偏小。

根據實際情況造成水質偏低的原因有：（1）管網溢流堰設計不合理，雨季時存在不同程度的河水倒灌情況；（2）南方水系發(fā)達，納管區(qū)域內有部分管路穿過河道匯總至截污主干管，該處管道接口施工難度較大，導致部分河水滲漏進入管網；（3）納管區(qū)域內排水管網多采用雨污合流制，加之南方雨水較多［1］，因此平均水量中含有部分雨水，使污水處理廠的水質負荷問題進一步加劇，平均進水CODCr濃度進一步降低。

設計日處理量為 0.5×104m3／d，實際日處理量為 0.33×104m3／d，水量和水質均低于設計負荷，導致進水中的有機物總量偏低，不利于活性污泥微生物培養(yǎng)，嚴重影響污水處理廠的穩(wěn)定達標運行。

2 低負荷運行存在的問題

2.1 溶解氧控制問題

好氧池滿負荷運行停留時間為18.5 h，目前處理量只能達到0.33×104m3／d，僅為設計值的66%；CODCr實際負荷遠低于設計值，導致活性污泥耗氧量偏低，因此好氧池DO濃度較高，活性污泥自身氧化速率加快，在日常運行中污泥濃度呈逐漸下降趨勢，使出水水質難以得到保障。為了盡量降低好氧池DO濃度，將風機頻率調整至最低值，但DO濃度無明顯下降。

2.2 污泥老化問題

污水廠污泥負荷設計值為 0.072 kg BOD5／（kg MLSS·d），按照原設計污泥濃度應控制在3 g／L。污泥濃度是指導工藝運行的關鍵參數，調整污泥濃度需要通過進水有機物濃度、進水水量、污泥耗氧速率、污泥沉降性、污泥性狀等多個工藝參數綜合考量。根據以往運行經驗，污泥濃度控制應參考污泥負荷，當BOD5濃度過高時，應提高污泥濃度，增加微生物菌群數量，將污泥負荷控制在設計范圍內；當BOD5濃度過低時，活性污泥微生物內源呼吸速率增加，污泥松散、絮體較小、污泥齡加長、污泥老化活性降低，導致出水指標波動。本項目污水廠長期處于低負荷運行狀態(tài)，污泥增長速度緩慢，污泥老化嚴重。

2.3 出水TN波動

由于進水負荷較低，導致好氧池末端DO濃度平均值在7 mg／L左右，內回流液中的DO回流至缺氧池前端，破壞了缺氧環(huán)境，抑制反硝化細菌脫氮；回流液中含有7 mg／L左右的DO，回流至缺氧前端會消耗部分進水碳源，使反硝化碳源不足的情況加劇。綜上所述，導致出水TN波動，無法穩(wěn)定達到15 mg／L 以下。

3 措施與方法

3.1 采用間歇曝氣的方式運行

在實際運行過程中，對鼓風機的控制進行了相應調整，由常開狀態(tài)調整為間歇式運行，鼓風機由溶解氧控制改為時間控制。當停止鼓風曝氣后，會產生泥水分離，污泥自由沉降，影響出水水質效果，并且易堵塞曝氣盤。因此，分別在好氧池廊道內布設推流式攪拌機，每個廊道2臺，共4臺推流攪拌機。本項目污水廠不能以常規(guī)溶解氧作為工藝調整參數，而是參照好氧末端氨氮及CODCr濃度，對曝氣時間進行調整。由于本工藝停留時間較長，因此可根據每天好氧末端出水水質進行嚴格控制。

采用間歇運行的方式進行曝氣，在好氧池內安裝推流攪拌機防止污泥沉降，生化系統(tǒng)運行分為曝氣與靜置兩種狀態(tài)：（1）當風機開啟曝氣后，將好氧池內的活性污泥充分混合，曝氣孔內的浮泥在氣流的作用下迅速擴散到四周，防止曝氣孔堵塞。曝氣時間根據好氧末端氨氮及CODCr數據靈活調整，目前啟動 0.5 h，靜置 3.5 h。（2）靜置階段，此時溶解氧會逐漸下降，最終形成缺氧環(huán)境。

運行方式改變前后，好氧池DO濃度變化情況如圖2所示。

圖2 好氧池DO濃度日變化曲線Fig.2 Daily Variation Curve of DO Concentration in Aerobic Tank

3.2 降低污泥濃度

生化池污泥濃度設計值為3 g／L，通過長期的摸索，當MLSS控制在1.5 g／L時比較適宜，污泥負荷為 0.03 kg BOD／（kg MLSS·d），并且嚴格控制排泥量，避免污泥濃度降低。調整前后，污泥活性明顯改善，活性污泥耗氧速率平均值由 0.08提升至0.097 mg O2／（g MLSS·min）?；钚晕勰嗪难跛俾实臋z測采用李冰等設計的簡易OUR測量裝置［2］。具體試驗結果如圖3所示。

3.3 強化反硝化脫氮

3.3.1 回流量控制

在低負荷運行狀態(tài)下，內回流液中含有大量溶解氧，回流至缺氧池破壞缺氧環(huán)境，同時消耗碳源，嚴重影響了反硝化速率［3］。因此，采用關閉內回流，同時外回流滿負荷運行的方式保證氮的有效去除。當前水量為設計值的50%左右，當外回流滿負荷開啟時可達到200%回流。工藝調整后，缺氧池缺氧環(huán)境明顯改善，調整前后ORP與DO變化如圖4所示。

圖3 調整前后OUR變化趨勢Fig.3 Variation Curve of OUR Before and After Adjustment

圖4 調整前后缺氧池ORP與DO變化Fig.4 Variation Curve of ORP and DO Before and After Adjustment in Anoxic Tank

3.3.2 增加缺氧時間

本項目采用間歇運行的曝氣方式，好氧池內安裝推流器。因此曝氣時間與缺氧時間可靈活調整，當TN出現波動時，通過減小曝氣時間，延長缺氧時間，保證反硝化有足夠的停留時間，通過內源呼吸提供的碳源［4］和外加碳源，有效降低TN，使出水穩(wěn)定達到一級A標準。

3.3.3 精確投加碳源

當出水TN出現波動時，最為有效的方式是投加外部碳源，但外加碳源價格昂貴，使直接運行成本提高，對生產運行造成較大經濟壓力。通過對缺氧環(huán)境的控制，有效減少了好氧菌對碳源的消耗，增加了反硝化細菌對碳源的有效利用率。為了確定碳源投加量，達到精確投加的目的，取缺氧池污泥混合液，投加不同濃度的冰醋酸，并連續(xù)慢速攪拌2 h，檢測TN變化情況，具體試驗結果如圖5所示。

圖5 不同濃度碳源投加量對出水TN的影響Fig.5 Effect of Carbon Source Dosage on Effluent TN

當投加量為 0 mg／L 時，TN 從 19.2 mg／L 下降至 18.6 mg／L，僅降低了 0.6 mg／L，因此小試試驗反應時間不宜過長，應考慮在 2 h內使 TN達到15 mg／L以下，以確保出水水質穩(wěn)定達標。當投加量為 10 mg／L 時，TN 從19.2 mg／L 降低至16.4 mg／L，未能達到15 mg／L以下；當投加量為20 mg／L時，TN降低至14.6 mg／L；當投加量為30 mg／L 時，TN 降低至13.8 mg／L，因此通過小試試驗確定醋酸最優(yōu)投加量為 20 mg／L。

碳源的投加點不宜設置在缺氧池前端，盡量減少回流消化液中好氧微生物對碳源的消耗［5］，同時不宜設在缺氧池后端，避免反硝化不完全造成碳源的浪費。因此碳源投加點應設置在缺氧池中間位置，保證了反硝化細菌對碳源的有效利用，做到精確投加。在前中后三個碳源投加點，分別投加20 mg／L醋酸，出水TN變化如圖6所示。

3.4 調控前后出水水質指標對比

為了保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定達標，本項目通過改變現有的曝氣方式，將原連續(xù)運行改為間歇式運行，有效降低了生化池內整體DO水平，使污泥老化問題得到明顯改善；通過降低污泥濃度，從3 g／L降低至1.5 g／L使污泥負荷相對提高，污泥系統(tǒng)實現穩(wěn)定運行；通過改變回流方式，精確投加投加碳源，增加缺氧時間使出水TN穩(wěn)定達標。本項目進水TP濃度較低，日常生產運行當二沉池TP大于0.5 mg／L時，在末端投加PAC藥劑輔助除磷，因此出水TP指標相對穩(wěn)定，調整后出水 TN、TP指標情況如圖 7所示。

圖6 不同碳源投加點對出水TN的影響Fig.6 Effect of Different Dosing Points of Carbon Sourre on Effluent TN

圖7 調整后出水TP、TN指標變化情況Fig.7 Changes of Effluent TP and TN after Adjusting

4 經濟指標分析

本項目投運初期至工藝調整前，運行成本中噸水電費0.406元／t；外加碳源采用冰醋酸，噸水藥劑成本0.09元／t。調整后增加了4臺推流器的總功率22 kW·h，關閉內回流節(jié)省5 kW·h，間歇曝氣節(jié)省了每天 21 h的曝氣時間，實際耗電量約50 kW·h，測算后噸水電耗 0.332 元／t；調整回流方式及改變碳源投加點至缺氧池中間位置后，碳源投加量由原20 mg／L降低至15 mg／L，噸水藥劑成本降低至 0.068 元／t。運行總成本降低 0.096 元／t，按照每天處理水量0.5萬t計算，每年可節(jié)約直接運行成本17.5萬元。

5 結果與討論

（1）本項目污水處理廠位于湖州市南部，長期處于低負荷運行的狀態(tài)，其主要原因包括市政管網的滲漏；南方雨水較多；河水的倒灌；設計水量水質未達到預期導致。

（2）長期低負荷運行給污水廠運行調控帶來較大困難，在實際運行過程中采取間歇曝氣的方式，安裝推流器使泥水在停止曝氣階段處于完全混合狀態(tài)，保證生化系統(tǒng)內活性污泥微生物對污染物的去除相對穩(wěn)定。通過對工藝參數的調整實現出水水質穩(wěn)定達標，其中包括：污泥濃度由設計值3 g／L降低至1.5 g／L左右；關閉內回流，增加外回流至200%；改變碳源投加點至缺氧池中間位置。經過工藝優(yōu)化調整，生化系統(tǒng) DO平均值由 7.2 mg／L降低至1.6 mg／L，缺氧池 ORP 從 70 mV 降低至－60 mV，活性污泥好氧速率從 0.08 提高至 0.097（mg O2／g MLSS·min）污泥性狀得到改善。

（3）噸水成本下降 0.096 元／t，估算年節(jié)約直接運行成本17.5萬元。

［1］畢學軍，張波，高廷耀.低負荷運行對城市污水生物除磷的影響［J］.上海環(huán)境科學，2002（2）：93-96，125-126.

［2］李冰，孫英蘭，李玉瑛.耗氧速率（OUR）測量方法的實驗研究［J］.中國海洋大學學報 （自然科學版），2006，36（3）：456-460.

［3］李柏林.A／A／O氧化溝工藝強化脫氮調控技術研究［D］.重慶：重慶大學，2012.

［4］孫月鵬，王火青，孫廣垠，等.不同污泥齡條件下多級AO工藝強化生物脫氮性能研究［J］.水處理技術，2014，40（10）：47-52，57.

［5］孫永利，李鵬峰，隋克儉，等.內回流混合液DO對缺氧池脫氮的影響及控制方法［J］.中國給水排水，2015，31（21）：81-84.